FR2893102A1 - Pulley for e.g. sail boat, has rotary guiding element comprising raceway that is covered with layer which is made of material harder and more resistant than that of material used for fabricating raceway - Google Patents
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Abstract
Description
10 La présente invention concerne un dispositif de roulement à aiguillesThe present invention relates to a needle roller device
supportant des charges maximales très importantes, pour une masse très faible. supporting very high maximum loads, for a very low mass.
Elle s'applique plus particulièrement dans les domaines où une 15 masse faible est primordiale y compris dans les environnements chimiquement agressifs ou dans les brouillards salins. It is particularly applicable in areas where a low mass is paramount including in chemically aggressive environments or in saline fogs.
En particulier, elle s'applique d'une façon particulièrement avantageuse dans le domaine de l'accastillage des bateaux à haute 20 performance, et notamment pour réaliser une poulie traversée en son centre par un trou de forme torique permettant l'attache de cette poulie par un cordage la traversant. In particular, it applies in a particularly advantageous manner in the field of deck fitting of high performance boats, and in particular to produce a pulley traversed at its center by a toric-shaped hole for attaching this pulley. by a rope crossing it.
Classiquement les roulements supportant de faibles charges voir 25 des charges moyennes, comportent des billes qui sont généralement en acier ou même dans certains cas en alliage d'aluminium ou en céramique. Conventionally, the bearings supporting low loads, or medium loads, comprise balls which are generally made of steel or even, in some cases, of aluminum alloy or ceramic.
Lorsque les charges augmentent, classiquement les roulements utilisés comprennent des aiguilles. 1 30 On appelle en général aiguille, un rouleau ou une aiguille qui en roulant a une génératrice de contact. Les billes quant à elles n'ont qu'un point de contact. Ici nous appellerons aiguilles les rouleaux ayant une longueur au moins égale à leur diamètre et roulant sur une génératrice. When the loads increase, conventionally used bearings include needles. In general, a needle, a roller or a needle which is rolled to a contact generator is generally called a needle. The balls have only one point of contact. Here we will call needles rollers having a length at least equal to their diameter and rolling on a generator.
Jusqu'ici, les roulements supportant de fortes charges comprenaient des aiguilles en acier dur car l'acier dur offre des caractéristiques mécaniques compatibles avec les caractéristiques mécaniques nécessaires pour assurer un fonctionnement correct. Il était évident aux hommes de l'art que l'utilisation d'autres matériaux plus mous comme l'acier doux, les aciers inox, les alliages d'aluminium, le titane, ... ne conviennent pas pour réaliser des roulements à aiguilles devant accepter de fortes charges. Until now, heavy-duty bearings included hard steel needles because hard steel offers mechanical characteristics that are compatible with the mechanical characteristics needed to ensure proper operation. It was obvious to those skilled in the art that the use of other softer materials such as mild steel, stainless steels, aluminum alloys, titanium, ... are not suitable for making needle bearings having to accept heavy charges.
Malheureusement les aciers durs sont lourds et peu résistants aux agents agressifs extérieurs comme les brouillards salins et ne peuvent donc être employés dans de nombreux domaines où ces deux caractéristiques supplémentaires sont primordiales. Unfortunately hard steels are heavy and not resistant to external aggressive agents such as salt mists and therefore can not be used in many areas where these two additional characteristics are essential.
On a déjà proposé de réaliser des roulements utilisant le titane soit pour réaliser des billes, soit pour réaliser les surfaces de roulement. Ces solutions conviennent uniquement lorsque les efforts radiaux sont peu importants. Si la pression de contact dépasse un seuil, la bille a tendance à s'écraser et la surface de roulement a tendance à se déformer par poinçonnement. It has already been proposed to make bearings using titanium either to make balls or to make rolling surfaces. These solutions are only suitable when the radial forces are small. If the contact pressure exceeds a threshold, the ball tends to crush and the running surface tends to deform by punching.
C'est la raison pour laquelle l'homme du métier va écarter spontanément cette solution pour la réalisation de poulies destinées à recevoir des efforts radiaux très importants de l'ordre d'une demi dizaine de tonnes, pour une masse de poulie de l'ordre de 300 grammes environ.30 La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients majeurs en proposant un dispositif spécialement bien adapté à la réalisation d'un roulement à aiguilles devant supporter des charges importantes pour une masse minimale dans une ambiance chimiquement agressive. This is the reason why the person skilled in the art will spontaneously reject this solution for making pulleys intended to receive very large radial forces of the order of a few dozen tons, for a mass of pulley of the The present invention aims to overcome these major drawbacks by providing a device especially well suited to the realization of a needle bearing to withstand high loads for a minimum mass in a chemically aggressive atmosphere.
L'invention surmonte ce préjugé en prévoyant de réaliser sur au moins l'une des surfaces de contact une couche en matériau plus dur et résistant. Ainsi grâce à cette disposition, la couche assure une répartition des efforts radiaux sur une zone de titane de plus grande dimension. De ce fait on diminue la contrainte de compression du titane de manière à rester au dessus du seuil de déformation rémanente. The invention overcomes this prejudice by providing on at least one of the contact surfaces a layer of harder and stronger material. Thus, thanks to this arrangement, the layer provides a distribution of radial forces on a titanium zone of larger size. As a result, the compressive stress of the titanium is reduced so as to remain above the remanent deformation threshold.
Il s'avère que de façon surprenante, ce résultat est particulièrement manifeste lorsqu'on utilise des roulements à aiguilles de préférence aux roulements à billes. Le résultat obtenu et en particulier la réduction de l'effet de poinçonnement sont très supérieurs aux résultats escomptés. Surprisingly, this result is particularly apparent when needle bearings are used in preference to ball bearings. The result obtained and in particular the reduction of the punching effect are much higher than the expected results.
A cet effet, elle propose un dispositif de roulement comprenant un ensemble d'aiguilles ayant une surface extérieure de roulement et étant placées entre une partie fixe ayant au moins une surface de roulement externe cylindrique ou torique de révolution et une partie mobile ayant au moins une surface de roulement interne cylindrique ou torique de révolution, caractérisé en ce que au moins une des surfaces de roulement est en titane et comprend en outre une fine couche superficielle ayant une dureté nettement supérieure à la dureté du titane, et un coefficient de frottement nettement inférieur à celui du titane. For this purpose, it proposes a rolling device comprising a set of needles having a rolling outer surface and being placed between a fixed part having at least one cylindrical or O-ring outer race of revolution and a moving part having at least one cylindrical or O-ring inner race of revolution, characterized in that at least one of the rolling surfaces is of titanium and further comprises a thin surface layer having a hardness substantially greater than the hardness of the titanium, and a significantly lower coefficient of friction to that of titanium.
Avantageusement, les caractéristiques suivantes peuvent être intégrées au dispositif précédemment décrit :30 - La fine couche superficielle est obtenue par PVD (dépôt physique en phase vapeur). - La fine couche superficielle est obtenue par PACVD (dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma). - Les aiguilles sont maintenues latéralement par deux rondelles latérales comprenant au moins une surface ayant un faible coefficient de frottement. - Le matériau constitutif des rondelles latérales est principalement du bronze ou du cuivre béryllium - La forme des aiguilles en leur extrémité est sphérique pour qu'il n'y ait qu'un point de contact entre les aiguilles et les rondelles latérales. - la partie fixe cylindrique de révolution est en titane et comprend au moins en sa surface extérieure en contact avec les aiguilles une couche superficielle ayant des propriétés de dureté supérieures au titane et un coefficient de frottement inférieur à celui du titane. - La partie mobile est en titane et comprend au moins en sa partie interne en contact avec les aiguilles une couche superficielle ayant des propriétés de dureté supérieures au titane et un coefficient de frottement inférieur à celui du titane. - La partie mobile comprend sur ses cotés latéraux un ensemble de billes 20 permettant de reprendre les efforts latéraux. - La partie fixe comprend en sa partie centrale un orifice de forme torique permettant le passage d'un cordage d'attache. - la section de la partie fixe, en sa partie centrale comprend une forme sensiblement circulaire pour ne pas endommager le cordage d'attache. 25 - Les aiguilles sont en titane Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels, 30 La figure 1 montre schématiquement une coupe longitudinale d'un assemblage suivant l'invention. Advantageously, the following characteristics can be integrated into the device previously described: The thin surface layer is obtained by PVD (Physical Vapor Deposition). - The thin surface layer is obtained by PACVD (plasma enhanced chemical vapor deposition). - The needles are held laterally by two side washers comprising at least one surface having a low coefficient of friction. - The constituent material of the side washers is mainly bronze or beryllium copper - The shape of the needles at their end is spherical so that there is only one point of contact between the needles and the side washers. - The fixed cylindrical part of revolution is made of titanium and comprises at least in its outer surface in contact with the needles a surface layer having properties of hardness greater than titanium and a coefficient of friction lower than that of titanium. - The mobile part is made of titanium and comprises at least in its inner part in contact with the needles a surface layer having properties of hardness greater than titanium and a coefficient of friction lower than that of titanium. - The movable portion comprises on its lateral sides a set of balls 20 to resume the lateral forces. - The fixed part comprises in its central part a toric-shaped orifice for the passage of a fastening rope. - The section of the fixed part in its central part comprises a substantially circular shape to not damage the tether. The needles are made of titanium. An embodiment of the invention will be described hereinafter by way of nonlimiting example with reference to the accompanying drawings in which FIG. 1 schematically shows a longitudinal section of an assembly. according to the invention.
Dans l'exemple illustré sur la figure 1 des aiguilles en titane (3) sont placées entre une partie fixe (5) ayant au moins une surface externe cylindrique de révolution et une partie mobile (2) ayant au moins une surface interne cylindrique de révolution, ces dites aiguilles comprenant une fine couche superficielle ayant une dureté nettement supérieure à la dureté du titane des aiguilles, et ayant un coefficient de frottement nettement inférieur à celui du titane des aiguilles. Ici la pièce fixe (5) et la pièce mobile en rotation (2) sont également en titane dont les surfaces en contact avec les aiguilles comprennent une couche plus dure et ayant un coefficient de frottement plus faible que le titane. Cette couche superficielle est obtenue ici par bombardement ionique à base de nitrure modifiant la nature de la molécule de la partie superficielle des surfaces en contact avec les aiguilles. In the example illustrated in FIG. 1, titanium needles (3) are placed between a fixed part (5) having at least one cylindrical outer surface of revolution and a movable part (2) having at least one cylindrical internal surface of revolution. said needles comprising a thin surface layer having a hardness substantially greater than the hardness of titanium needles, and having a coefficient of friction significantly lower than that of titanium needles. Here the fixed part (5) and the rotating part (2) are also in titanium whose surfaces in contact with the needles comprise a harder layer and having a lower coefficient of friction than titanium. This surface layer is obtained here by ionic bombardment based on nitride, which modifies the nature of the molecule of the superficial part of the surfaces in contact with the needles.
Deux rondelles latérales (4) sont placées pour limiter le déplacement des aiguilles latéralement. Ici les rondelles sont en bronze ou en cuivre béryllium. Two side washers (4) are placed to limit the movement of the needles laterally. Here the washers are made of bronze or beryllium copper.
Les extrémités des aiguilles ont une forme sphérique pour qu'un seul point des aiguilles ne soit en contact avec les rondelles latérales. De ce fait les aiguilles peuvent s'incliner légèrement sans augmenter notablement le frottement entre les aiguilles et les rondelles latérales. The ends of the needles have a spherical shape so that only one point of the needles is in contact with the side washers. As a result, the needles can tilt slightly without significantly increasing the friction between the needles and the side washers.
Des billes (7) sont placées latéralement tout autour de la partie mobile en rotation (2) pour limiter le déplacement latéral de cette partie mobile (2) Balls (7) are placed laterally all around the rotating part (2) to limit the lateral displacement of this movable part (2)
Le dispositif selon l'invention convient bien pour réaliser un roulement léger, résistant bien aux agressions chimiques, et acceptant de très fortes charges, mais il peut convenir pour toute autre application similaire. Par exemple d'autres traitements de surface du titane sont possibles comme le procédé BVB à haute ou basse température. Ce dispositif n'est donc pas limité aux exemples précédents mais peut être modifié dans le cadre des revendications sans changer la portée de celles-ci. The device according to the invention is well suited for achieving a light rolling, resistant to chemical attack, and accepting very high loads, but it may be suitable for any other similar application. For example, other surface treatments of titanium are possible, such as the BVB process at high or low temperature. This device is not limited to the previous examples but can be modified within the scope of the claims without changing the scope thereof.
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| US20030091256A1 (en) * | 2000-04-22 | 2003-05-15 | Karl-Ludwig Grell | Rolling bearing component |
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2005
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| US20030091256A1 (en) * | 2000-04-22 | 2003-05-15 | Karl-Ludwig Grell | Rolling bearing component |
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